[发明专利]用于动态变化输出功率发电机的整流电路及相应控制方法有效
申请号: | 201210178052.9 | 申请日: | 2005-01-21 |
公开(公告)号: | CN102810990A | 公开(公告)日: | 2012-12-05 |
发明(设计)人: | 德简·施赖伯;海因里希·海尔布隆纳 | 申请(专利权)人: | 塞米克朗电子有限公司 |
主分类号: | H02M5/458 | 分类号: | H02M5/458;H02J3/18 |
代理公司: | 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 11038 | 代理人: | 沈英莹 |
地址: | 德国*** | 国省代码: | 德国;DE |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 用于 动态 变化 输出功率 发电机 整流 电路 相应 控制 方法 | ||
本分案申请是基于申请号为200510005623.9,申请日为2005年1月21日,发明名称为“用于动态变化输出功率发电机的整流电路及相应控制方法”的中国专利申请提出的分案申请。
技术领域
本发明描述了一种用于将一个三相发电机连接到电网上的整流电路。这种整流电路例如用于风力发电设备中。很显然,这里由于自然条件,即不同的风速而导致发电机的输出功率动态变化。
背景技术
发电机所产生的电流必须在电压、频率和相位上适配地馈送给已有电网。典型的电压值为数百伏至数万伏,频率为50Hz或60Hz。
在具有产生时间上动态变化的输出功率的电流发电机的风电发电设备中,例如采用以下现有技术。
DE 10114075A1公开了具有动态功率输出的发电机与一次配电电网的一种复杂的连接。其中发电机与一个桥式整流器相连接。整流器产生一个数千伏的直流电压,它通过一个直流电压连接线与级联的反用换流器相连接。这个非常灵活的整流电路由于级联的反用换流器和那里集成的上行换流器可有效工作于风速变化大并从而导致发电机不同的输出电压的情况下。这种整流电路的缺点是这里不能应用有效且可靠的异步机械,它们对于产生旋转磁场是必要的。另一个缺点是相对高的电路技术开销,例如这使得这种整流电路由于经济原因而没有被安装在现有风力发电设备中。
US 5652485公开了将风力发电设备连接到电网上的一种简单的方法。其中一个四象限反用换流器的交流电压连接端子直接连接于发电机输出端与电网之间。这里一个模糊逻辑控制用于适当控制四象限反用换流器。当然这里四象限反用换流器必须具有对应于发电机给出的最大功率的功率容限,为了保证其安全运行,此功率容限最好略大于发电机的最大输出功率。
将风力发电设备连接到电网上最简单的方法是风力发电设备的发电机与电网直接连接。此时最好异步机械由于其可靠性而被用作发电机。然而这种简单电路具有很多缺点。在低风速情况下由于保持恒定的发电机转速而不可能耦合低的输出功率到电网上,或者只能以非常有限的效率实现此耦合。此外,采用此电路不可能在每个运行状态下实现馈电用户所需的无功功率补偿。
本发明还描述了在电网短接情况下进行无功功率补偿的整流电路的控制方法。在电网短接时通常—如果短路位置与观察位置具有一定距离—残留一个剩余电压。如果此剩余电压还具有一个规定值—它取决于电网运营商的规定,例如为标称电压的15%,则设置在那里的馈入装置,例如一个风力发电设备,可以将无功功率馈送到电网中。上述发电机直接连接到电网上的结构中风力发电设备不能完成此任务。
发明内容
本发明的目的在于给出一种整流电路,它将具有动态变化输出功率的发电机与电网的直接连接进行了扩展,使得发电机的转速范围—在此范围中可以有效馈送到电网中—进一步向低转速扩展,上述扩展也可集成到现有电路中,并且在整个运行中可以实现无功功率补偿。本发明的目的还在于给出一种控制方法,它可在电网短接时馈送无功功率到电网中。
上述任务由权利要求1所述整流电路及权利要求2所述控制方法完成。优选的改进如从属权利要求所述。
用于连接三相发电机和电网的本发明整流电路由两个独立的连接组成。第一个连接是发电机与电网的直接连接,其中这个连接在每一相中具有一个开关,通过这个开关此连接可以被切断。发电机与电网的第二个连接由一个由两个整流器构成的四象限变换器组成,每个整流器由三个半桥电路构成,每个半桥电路由两个功率开关构成。此四象限变换器最大具有发电机标称功率的一半。第二个连接如此设置,使得第一个整流器的交流电压连接端与发电机的三相连接,第二个整流器的交流电压连接端与电网的三相连接。此外这两个整流器与一个公共的直流中间电路连接,其中在直流中间电路的正连接端和负连接端之间连接有至少一个电容器。
用于在电网短接情况下—其中剩余电压等于或大于标称电压的10%—对上述整流电路进行无功功率补偿的本发明控制方法可以划分为三个时段。直到重新达到标准电压的至少80%的整个短路期应持续例如三秒时间。短路后根据降低的电网电压立即切断发电机与电网的直接连接,发电机自动从电网断开。通过四象限变换器的连接,发电机并非直接与电网连接。
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